復雜巖溶地質條件下隧道大跨施工技術的運用

陳力

（中鐵十一局集團第四工程有限公司）

1 工程概況

朱家隧道處于湖南省永順縣，位于萬民鄉熊家寨東側，地勢為典型的中低山地區，高程480～720m，相對高差200～300m。隧道起訖里程DK131+274～DK133+188，全長1930.56m，最大埋深204.2m，淺埋溝最小埋深約25m。進口DK131+274～DK131+464 因車站進洞，設計為三線斷面。三線斷面開挖寬度20.8m，高度16.53m，斷面面積278m2。

隧道進口屬低山區，主要巖性為灰巖夾頁巖，巖質堅硬，節理裂隙較發育，巖層為NE 走向，表層風化嚴重，地表溶芽溶漕發育。溶洞、落水洞及巖溶漏斗較為發育，沿構造帶方向串珠狀分布，隧道附近相對稀少，其中DK132+800 左側約1100m 處發育兩處出水溶洞，出水量較大。同時該區域溝谷水量較大，很容易受到季節的影響，進口溝谷支流水量較大，地下水為裂隙溶洞水。

2 巖溶問題處理方案

本隧道三線段位于可溶巖中，巖溶發育程度為中等發育。

⑴隧道施工前，不僅要應用“超前地質預報”對隧道巖溶情況進行探測，還要加強隧道隱匿位置的探測，隧道基底巖溶探測工作主要應用到的設備為地質鉆機，探測間距為5m 一個斷面，每個斷面設置3 個探測點。針對隧道拱墻位置的探測需要應用到的設備為隧道系統錨桿。

⑵在處理隧道巖溶洞穴的原則是“探明情況、因地制宜、消除水患、綜合治理”。通過探測，了解明巖溶洞穴規模、水文、地質以及內部充填物的情況。針對巖溶發育地段的施工，嚴禁隨意封堵，盡量維系巖溶通路。另外，施工中，為了避免發生突水涌泥類問題，需要進行超前孔探測，這個過程需要準備足夠充足的抽水設備，以保證施工過程的安全性。

⑶針對不同的巖溶洞穴，采取更具針對性的處理技術和方案。

3 隧道大跨施工方案

朱家隧道進口大跨段巖性為灰巖夾頁巖，巖質堅硬，節理裂隙較發育，巖體較狀態完整。該區域巖溶是主要的地質問題，開挖施工中很可能出現溶洞、溶腔等溶蝕現象，另外局部也可能會出現突、涌水現象。針對該區域的施工，施工團隊經過商議后決定采用雙側壁導坑法進行施工，支護參數見表1。

表1 三線大跨隧道復合式襯砌支護參數

4 隧道大跨施工技術的應用

4.1 洞口及明洞

朱家隧道DK131+274～DK131+464 車站三線大跨段部位的明洞施工，采用雙側壁導坑法進行開挖。其中DK131+276～DK131+316 段采用φ108 大管棚進行超前支護，全環采用I25a 型鋼鋼架加強支護，間距為1 榀/0.5m；DK131+316～DK131+464 段采用φ89 洞身中管棚+φ42 超前小導管注漿超前支護。全環拱架采用I25a 型鋼鋼架加強支護，間距為1 榀/0.5m。

臨時邊仰坡完成開挖后，需要及時組好臨時防護，防護措施主要有：打錨桿、掛鋼筋網、噴混凝土等，以防圍巖風化、雨水滲透而滑塌。隧道進出口永久邊仰坡采用截水骨架進行護坡，隧道出口采用小導管注漿進行加固，對截水骨架和框架錨桿梁做好綠化處理。隧道施工完成，明挖段洞頂回填至設計位置后，施工仰坡混凝土骨架。個別隧道仰坡因洞口地形條件限制而無法直接刷坡至設計坡度時，先按既有條件進行臨時支護，待明洞段回填完成后再行處理。

明洞開挖完成，需要檢測基底，基地檢測合格，及時填充明洞仰拱，避免其承載能力下降。明洞鋼筋在加工廠加工制作，汽車運輸到工作面，現場綁扎施工。明洞襯砌采用整體液壓襯砌臺車作內模，外模采用建筑鋼模板，鋼管彎制外拱架組成外支撐體系，拉桿聯成整體。明洞襯砌混凝土在拌和站集中拌制，混凝土攪拌運輸車運輸，泵送混凝土入模。明洞襯砌澆筑完成后，進行覆蓋灑水養生。

4.2 超前大管棚及導向墻

大管棚采用φ108，壁厚6mm、節長3m，6m 熱軋無縫鋼管加工制成，交替使用，以保證隧道縱向同一橫斷面內的接頭數不大于50%。管身鉆孔，孔眼直徑6mm、間距25cm，按梅花形交錯布孔以加大漿液滲透能力，管頭加工成錐形以便于送入，管棚尾部預留100cm 止漿段不鉆孔。DK131+316～DK131+464 段采用φ89 洞身中管棚+φ42 超前小導管注漿超前支護。其中，φ89 管棚為熱軋無縫鋼管，長10～12m、外插角6～8°、環向間距60cm，縱向搭接長度不小于3m，壓注水泥漿液。管棚間設超前小導管，長4.0m、間距60cm、縱向搭接1m，外插角10°。邊墻采用φ22 普通砂漿錨桿長5.0m，錨桿尾端均應配有墊板、螺母。φ89 管棚每環28 根，φ42 超前小導管每環27 根，φ22 普通砂漿錨桿長5.0m 每環18根[1]。

導向墻從DK131+276 處開始施做，采用C25 混凝土，截面尺寸為1m×1m，導向墻內設I20a 工字鋼間距為50cm。導向墻環向長度以保證兩側基礎穩定為原則，根據現場地形、地質條件確定，導向墻內按管棚設置參數預留導向孔，導向鋼管采用φ140×5mm 鋼管，導向管外插角3°。

4.3 爆破設計

隧道開挖施工中，如果應用機械進行開挖，嚴禁應用鉆爆法開挖。如果現場施工條件必須采用鉆爆法開挖時，先做松動爆破設計，嚴格控制爆破，選擇合理的循環掘進進尺，自穩性差的圍巖循環掘進進尺宜用短進尺，支護緊跟開挖面，以縮短圍巖應力松弛時間及開挖面的裸露時間；對開挖裸露面及時施作初期錨噴支護，使圍巖變形得到有效控制，不致變形過度，充分發揮圍巖的自承能力。

4.4 支護

⑴φ42 超前小導管，長4m、間距60cm，縱向搭接不小于1m，外插角10°。

⑵水泥漿水灰比為0.5～1 調節，漿液由稀到濃逐級變換，即先注稀漿，然后逐級變濃至1 為止。

⑶位于土層時，小導管壓注水泥漿，壓力不小于2MPa，其余地段壓注水泥砂漿，壓力不小于1MPa。

4.5 噴射混凝土

混凝土噴射采用濕噴機施工，本項目應用的混凝土材料是普通硅酸鹽水泥、硬質潔凈砂、連續級配碎（卵）石、化驗合格的拌和用水拌和而成。噴射混凝土嚴格按設計配合比進行拌和，配合比及攪拌的均勻性每班檢查不少于兩次[2]。

5 巖溶段施工防治措施

5.1 隧道巖溶探測

隧道巖溶狀態發育，在探測過程中，不僅要應用超前地質探測技術探測隧道巖溶情況，還要探測隱藏的隧道輪廓線。探測過程主要是應用地質鉆機探測隧道基底熔巖，為了保證探測結果，將每5m 的探測間距作為一個斷面，每個斷面內設置3 個探測點，隧道拱墻探測工作的實現則是利用隧道系統錨桿實現的。隧道巖溶探測工作開展的主要目的是了解巖溶洞穴的規模、地質以及水文情況，同時探明內部充填物。

5.2 隧道巖溶處理原則

國內隧道工程施工中，隧道巖溶洞穴的處理原則是“探明情況、因地制宜、消除水患、綜合治理”。在巖溶發育地段進行施工的過程中，注意維系巖溶的通路，不能在未探測的基礎上進行隨意的封堵。為了防止出現突水涌泥問題，保障施工安全，不僅要做好超前探測，還要提前準備好充足的抽水設備，以此為基礎，妥善的采取截、堵、排、綜合治水措施。

5.3 巖溶洞穴處理方案和技術對策

隧道施工中，針對不同的巖溶洞穴，應該采取不同的施工處理方案和對策，具體來說：

⑴溶洞位于隧道拱部。①回填：如果溶洞在拱頂，同時發育規模不大，不存在空腔，那么就可以應用回填的方法進行處理；②護拱+緩沖層：如果溶洞在拱頂，發育規模較小，或者溶洞寬度較窄，就可以應用護拱+緩沖層的處理辦法；③護拱+緩沖層+噴錨網防護：如果溶洞穩定性較好，且呈現出縱橫向發育較廣的特點，可以采用護拱+緩沖層+噴錨網防護的處理措施；④立柱支頂：如果溶洞處于拱頂以上10m 以內，同時縱橫向發育范圍較廣，可以采用立柱支頂的處理措施；⑤拱罩防護+緩沖層：如果隧道頂板穩定性較好，溶洞縱橫向發育范圍較廣，發育溶洞位于拱頂10m 以上的位置，同時危石清理難度大，施工范圍內存在小塊落石可能的溶洞，可以采用拱罩防護+緩沖層的處理措施[3]。

⑵溶洞位于底部。①回填+換填：如果溶洞位于隧底附近，屬于半充填型溶洞，可以采用回填+換填的處理措施；②鋼管群樁注漿：如果溶洞處于隧底10～15m，可以應用兩種方式形成具有一定承載能力的注漿改良地基：注漿（溶洞具有良好的可注性）；鋼管群樁注漿（溶洞可注性較差）；③板（梁）跨越：如果溶洞位于隧道底部，屬于充填型溶洞，同時深度較大，可以應用板（梁）調整地基的整體均勻性，避免差異性沉降問題的發生；④拱橋跨越：如果溶洞位于隧道底部，溶洞深度較大，縱向發育空間有限，可以應用拱橋跨越的方式進行處理；⑤樁基承臺：如果溶洞位于隧道底部，屬于較大的空腔，或者溶洞充填物承載力較低，可以采用樁基承臺的方法進行處理。

⑶溶洞位于側部。①護墻防護：如果溶洞侵入隧道開挖輪廓線范圍較小，可以采用護墻防護的方法；②護墻支頂：如果溶洞侵入隧道范圍較大或橫穿隧道，可以采用護墻支頂的處理方法。

6 結語

復雜巖溶地質條件下的隧道施工，環境風險較大，地質條件復雜，只有加強超前勘探，嚴密做好施工組織，才能安全快速的穿越巖溶區域，進而順利有序地完成施工，并確保隧道施工的質量。